物联网中的传感器融合和远程情感计算（二）

6. 在物联网中充分利用传感器融合

　　正如白皮书“物联网要变成现实‘还缺什么”所述，物联网 包含了许多用例——从互连家居和城市、互连的汽车和道路到跟踪个人的行为并使用采集的数据来推送服务的设备。物联网 是一种普遍的“空中全球神经网络”，将触及我们生活的各个方面。从技术的角度来看，物联网 被定义为与其他机器、对象、环境和基础设施进行交互和通信的智能机，会产生大量数据，并将这些数据处理成有用的行为，可以“指挥和控制”事物并使人类的生活更加轻松。

　　所有物联网用例的通用要求包括：

　　• 传感和数据采集功能（传感节点）

　　• 本地嵌入式处理层功能（本地嵌入式处理节点）

　　• 有线和/或无线通信功能（连接节点）

　　• 软件自动执行任务，并启用新的服务类别

　　• 远程网络/基于云的嵌入式处理功能（远程嵌入式处理节点）

　　• 整个信号路径都具有完整的安全性

　　图6 物联网的功能块

　　物联网需要的传感节点类型变化很大，具体取决于所涉及的应用。传感节点应包括用于图像监测的照相机系统、用于智能能源的水或气流量计、雷达视觉（在需要主动安全时）、感测对象或人是否存在的 RFID 阅读器、带有开/关电路的门和锁（指示楼宇入侵）或测量温度的简单的温度计。

　　谁能够忘记影片“少数派报告”中跟踪楼宇内的人的热跟踪机器虫？这些机器虫代表未来的传感节点（我认为它们将用于打击犯罪）。

　　这些节点都有一个唯一的 ID，可通过远程指挥和控制拓扑单独进行控制。现在有一些用例，带有 RFID 和/或近场通信 （NFC） 和GPS 功能的智能手机可接近和获取一座大楼内各个支持 RFID/NFC 的事物，与它们进行沟通，并在网络上注册它们的物理位置。因此，RFID 和 NFC 在远程注册方面将占有一席之地，最终，能够指挥和控制物联网。

　　图7 传感器融合支持环境感知

　　增加了传感器融合平台和远程情感计算后，大大增加了物联网中传感节点的功能。

　　从产品角度来看IoT标准模块

　　如果我们将IoT的标准模块从简单的节点看作产品，我们得到的将是使用PAN/BAN/LAN 类型通信拓扑，连接到采用不同分层结构网关的传感节点/边缘节点。这些网关使用WAN通信技术与云进行通信。

　　图8 从产品角度来看IoT标准模块

　　一旦通过接入网络连接到云，数据就会通过服务器路由用于应用/行为和大数据分析。

　　7. 情境感知

　　传感器融合与嵌入式处理和连接一起支持情境感知，而情境感知又实现了一个全新的服务世界。

　　“情境”是什么？

　　情境的定义是构成事件、声明、情况或想法的设置的情况或事实。在软件编程中，开发情境感知的应用这一想法已经有一段时间了。情境感知的应用检查谁、在哪里、什么时候和什么，软件设计人员使用情境信息确定发生某种情况的原因，然后在应用中解码一些行为。

　　根据这个定义，构成情境感知行为的四类最重要的信息包括：

　　身份、地点、时间、 活动

　　在使用情境信息制定决定性的行为时，首先在人（和人们之间）产生情境接口，然后在情境里，最后在机器和基础设施要素之间产生情境接口。帆布、一套油漆管和刷子能够让艺术家创造一幅杰作，同样，情境感知和这些接口是支持各种服务的工具，如果没有这些，那么这些服务将没有意义。这正是技术的逐步改进能够导致整体大于各个组成部分之和的原因。没有什么能够像传感器那样检测并提供人类情感的读数。通过传感器能够接入人的心态，使体验更加“个人化”。

人、自然和环境以及机器/基础设施之间的交互（接口）为确定环境感知提供了宝贵的数据点，包括：

　　1. 人

　　 运动、姿态和步伐；对刺激的反应； 在给定条件下的情感；任何给定时间的生物特征

　　2. 周围环境

　　 地点、高度、温度、湿度、 光、 声音、味道

　　3. 人使用的基础设施/机器

　　轨迹、影响、速度、 反馈、振动和转动、与结构完整性相关的变化

　　图9 为了进行处理而传输的环境数据

　　在物联网中，在传感节点采集了输入后，嵌入式处理节点对情境感知数据进行处理，然后提供反馈并立即采取行动，或者继续传递数据以便进行基于云/网络的处理。在后一种情况下，需要各种连接机制才能把数据传递到核心网。例如，在这种情况下，手机或连接的平板电脑就会变成网关，连接到广域网（WAN）。

　　8. 与传感器融合/情境感知和远程情感计算有关的服务

　　设想一种情形，使用一个传感器融合平台，充分利用本地嵌入式处理以及基于云的软件技术（例如在互联网搜索和在线咨询中使用的模式识别和机器学习），远程监控各种情况，并提供全新的服务类别，所有这些都由基于云的指挥和控制中心自动完成，而无需人的互动。这些服务的种类只受人的想象力的限制，各种情况可能包括：

　　• 水果和蔬菜纸箱上的传感器能够跟踪位置、温度、运输途中的振动和颠簸以及产品的气味，事先警告腐败情况。然后基于云的指挥和控制中心可自动与运输卡车或火车进行通信，重新安排运输线路并存储这些食物。想象一下，这样带来的经济效益会更大。

　　• 提供方向、优惠券、放大的实境地图和关于交易、免费音乐会及其他娱乐、社交网络的信息并根据购物者的健康史提供就餐地点信息，帮助商场里的人获得更好的购物体验。

　　我最近在当地儿童医院呆了几天，忍不住考虑该如何改进那里的系统。

　　• 传感器融合平台可用于减少医院护士检查病人生命体征的次数，降低医疗成本。还可以将其用于远程监测病人，不需要病人去医院看病，在必要时提供建议或提供预防保健，

　　• 想象一下，将各种传感器融合平台和医院病房水槽后面的 RFID 标签阅读器结合在一起，让医生和护士监控运动，当他们在接触病人前后忘记洗手（这是从医院获得感染的最大原因之一）时提醒他们。

　　• REC 示例：可一天 24 小时跟踪一个人的生命体征、情感和运动。然后可以用这些数据提醒这个人注意他或她的饮食、驾驶等，防止健康问题和/或事故。如果这个人醉酒严重，这个人的电话可以呼叫预设置的紧急联系人，并提供这个人的位置寻求帮助。试想一下，有多少青少年的父母将签署这项服务！

　　• 由于结构性问题导致在某些环境条件下不适合承载车辆的桥可自动提醒基于云的指挥和控制中心，然后指挥和控制中心会提醒所有在路上的汽车（不仅仅提醒驾驶员）远离这座桥，并采用替代路线。

　　• 驾驶员醉酒的汽车会提醒警察和附近的车辆，避免发生事故。

　　• 还有许多其他类型的服务利用传感器融合提供环境感知服务。

　　在大多数情况下，在设备级都不需要重大的技术突破便可实现上述情况，人们已经非常关注使用大数据处理、分析工具和机制来生成这些服务类型。只需要逐步改进并将技术生态系统和参与者汇聚在一起，制定游戏规则，并从较小的孤立云迁移到“空中全球神经网络”。

　　传感器采集的信息可用于能够改善和简化人们的生活的服务，也可以用于数据挖掘和引起安全和隐私问题的其他用例，即物联网困境。有了传感器融合和 REC 技术，可以为组合添加更多功能。正如互联网在不久前像野火般地迅速发展，不到十年，物联网便会触及我们生活的方方面面，传感器融合便是物联网普及的先锋。您做好准备了吗？

　　图10 环境助力大数据处理

　　作者：飞思卡尔半导体微控制器全球策略和业务发展执行总监Kaivan Karimi